目的:随着微波技术的进步,微波热疗已可用于许多疾病的治疗,如康复理疗、微波消融、微波凝固治疗等。微波治疗仪的核心技术是在于设计出一款加热效能高且安全的辐射天线,市面上的体外热疗仪采用单天线或阵列天线系统不具备加热部位自动调整功能,靠手工调整会增加治疗难度,且整个治疗仪体积较大,需要较长时间才能达到加热温度需温度。本课题目的在于设计一款主要适用于软组织疾病治疗的新型微波治疗仪,并配置微波热疗体模,模拟肌肉组织对该热疗仪的加热升温性能进行测试,为后续实验提供依据。方法:1.本文采用915MHz微波信号作为信号源,选择基板并确定其尺寸和馈电方式,利用天线小型化技术设计了4X4的16路共面微带天线,并根据实验目的设计了单片机(MCU)、移相器、功率分配器等组件,最后在HFSS电磁仿真软件中,对该天线近场电磁分布、焦距、聚焦强度等电磁特性进行仿真研究。2.利用羧甲基纤维素钠、聚氯乙烯粉、去离子水、氯化钠等四种材料配制肌肉微波体模,该体模具有同人体肌肉组织相一致的介电特性。3.配置好的体模放置于100ml烧杯中,体模静止成型后置于37℃恒温水浴锅中预热至37℃,取出体模置于微波治疗仪下方20cm处,温度计测量出微波作用前的温度并打开微波治疗仪。使用TM902C温度计每3分钟测量一次距微波体模表面0cm、2cm、4cm、6cm的体模温度,加热时间一共15分钟,以上加热步骤重复3次。4.将体模置于15cm*15cm塑料模具中,该模具可均分为5*5cm的9个正方形区域,其中5个区域可与经移相器改变后的波束聚焦点相对应。相同方法将体模预热至37℃,然后置于微波治疗仪下20cm处加热,15分钟后分别测量可调控的5个区域温度,重复以上步骤三次;在计算机上更换天线聚焦区域后重复以上步骤,最终完成三个聚焦区域试验。5.对所测得温度数据进行收集、整理、分析,可初步得到该微波治疗仪在体模中的加热规律。结果:1.本研究设计的基于微带天线结构的有源相控阵天线微波治疗仪,该治疗仪天线由16个微带天线构成,尺寸约为238mm*246mm;在电磁仿真软件中对该天线近场电磁分布、焦距、聚焦强度等电磁特性进行了仿真研究,发现该天线焦距距离天线200mm,焦点直径约40mm,且方向性与聚焦性能良好;移相器可在天线焦距距离200mm平面上分别对五个聚焦区域实现电控调整。2.利用羧甲基纤维素钠、聚氯乙烯粉、去离子水、氯化钠等材料配制的体模与人体肌肉组织介电性基本一致,可用于微波热疗研究。3.微波治疗仪加热体模时具有一定的温度分布和升温规律,在聚焦范围内距体模表面0cm、2cm、4cm处的温度随着时间推移温度逐渐升高,12分钟后温度基本不再上升,其中最高温度都在45℃以内;0cm、2cm处温度上升速率较快;6cm处温度呈下降趋势,整个加热过程中在深度位于0cm到4cm处的体模温度在治疗范围内,在距体模表面6cm处温度不在治疗范围内。4.在电控调整微波波束的实验中,五个分区中的加热最高温度基本可以通过移相器来改变,可以实现治疗位置的电控调整。结论:1.制作的微波体模有较好的肌肉电磁仿真性,且配置简便,易于保存,可用于微波电磁研究。2.该915MHz微波治疗仪微波热疗仪体积小、操作简便,最高加热温度不超过组织安全温度45℃,可在焦距20cm处对较浅表病灶进行热疗,并且治疗位置可电控调整,体模实验可为后续进一步的动物及临床实验提供参考。